SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TP.HCM
TRUNG TÂM THÔNG TIN VÀ THỐNG KÊ KH&CN



BÁO CÁO PHÂN TÍCH XU HƯỚNG CÔNG NGHỆ
Chuyên đề:

XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG
AXIT HUMIC VÀ RONG TẢO TRONG SẢN XUẤT
HOẠT CHẤT KÍCH THÍCH SINH HỌC

Biên soạn: Trung tâm Thông tin và Thống kê Khoa học và Công nghệ
Với sự cộng tác của:
 TS. Lê Công Nhất Phương
Phó Giám đốc Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển, Công ty Cổ phần
Phân bón Dầu khí Cà Mau
 ThS. Lâm Văn Thông
Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển, Công ty Cổ phần Phân bón Dầu
khí Cà Mau
 Ông Eric Bo
China National Huachen Energy Group Co.

TP.Hồ Chí Minh, 11/2018


MỤC LỤC
I. TỔNG QUAN XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HOẠT
CHẤT KÍCH THÍCH SINH HỌC TRONG NÔNG NGHIỆP. .......................... 1
1. Phân loại hoạt chất kích thích sinh học ............................................................. 2
2. Ứng dụng hoạt chất kích thích sinh học cho nông nghiệp ............................... 4

I.

**************************
TỔNG QUAN XU HƯỚNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG HOẠT

CHẤT KÍCH THÍCH SINH HỌC TRONG NÔNG NGHIỆP.
Các hoạt chất kích thích sinh học cho cây trồng khá đa dạng và hiện nay nó
đang được quan tâm và ứng dụng nhiều trên thế giới. Thị trường toàn cầu về các
hoạt chất kích thích sinh học cho cây trồng dự đoán tăng 12% mỗi năm và đạt trên
2,2 tỷ đô la vào năm 2018. Mặc dù các hoạt chất kích thích sinh học đang được sử
dụng ngày càng nhiều trong nông nghiệp nhưng hiện nay vẫn chưa có nhiều
nghiên cứu đánh giá có tính khoa học và ít được tuyên truyền rộng rãi, phổ biến
các giá trị của nó đem lại nông nghiệp.
Tính năng của hoạt chất kích thích sinh học đối với cây trồng là giúp tăng
trưởng rễ, tăng cường sự hấp thu chất dinh dưỡng và khả năng chịu stress...
Các hoạt chất kích thích sinh học trong nông nghiệp có thể được xem là một
sản phẩm sinh học độc lập hoặc cũng có thể là 01 dạng hoạt chất bổ sung trong
phân bón sinh học nhằm nâng cao chất lượng hiệu quả của phân bón và cât trồng,
giúp tăng cường sự tăng trưởng, khả năng chống chịu và năng suất cây trồng.
Lợi ích của hoạt chất kích thích sinh học trong nông nghiệp:
• Nâng cao hiệu quả sử dụng chất dinh dưỡng.
• Tăng khả năng chống chịu của cây đối với sự bất thường của thiên nhiên,
phi sinh học như: nhiệt, lạnh, hạn hán,….
• Cải thiện chất lượng nông sản: tăng các dinh dưỡng, hình dáng, đồng đều
và thời hạn sử dụng lâu hơn
Thị trường các hoạt chất kích thích sinh học là một trong những loại trong
thị trường lớn, hiện nay có giá trị từ 1,5 đến 2 tỷ USD và dự kiến sẽ tăng lên hơn
2,5 tỷ USD vào năm 2021.

1

 Các dạng hợp chất vô cơ (như các nguyên tố có lợi).
 Nấm có lợi.
 Vi khuẩn có lợi (như: nhóm vi khuẩn vùng rễ kích thích sinh trưởng
thực vật (PGPR)).

2


Các đặc điểm chung của hoạt chất kích thích sinh học (Jene S. và ctv, 2017)
-

Bản chất của hoạt chất kích thích sinh học không hạn chế, rất đa dạng.

-

Các chức năng sinh lý rất đa dạng.

-

Các tác động khoa học đã chứng minh của tất cả hoạt chất kích thích
sinh học hội tụ đến ít nhất một hoặc một số chức năng nông nghiệp

-

Lợi ích kinh tế và môi trường.

Sự hiểu biết của chúng ta về các hoạt chất kích thích sinh học và tác dụng
của chúng đã được mở rộng với tốc độ đáng kể. Vai trò của hoạt chất kích thích
sinh học, đặc biệt liên quan đến tăng cường tăng trưởng và khả năng dinh dưỡng,
đã được xem xét (du Jardin [1, 4–6]). Những đánh giá này tập trung vào thúc đẩy

L. sativa

Kháng mặn

A. brasilense

T. aestivum

A. brasilense

L. lycopersicum

Kháng hạn

C. annuum

Kháng mặn

A. chrococcum

Z. mays

Kháng mặn

A. chrococcum

T. aestivum

Kháng mặn



Chịu lạnh
Cân bằng ion
Kháng hạn

Vitis vinifera

Chịu lạnh

Solanum lycopersicum

Chịu lạnh

Fulvic và humic axits

F. arundinacea

Kháng hạn

Fulvic và humic axits

A. palustris

Kháng hạn

Glycinebetaine

L. lycopersicum

Chilling stress

Melatonin

Chống chịu phỏng lạnh

Z. mays
Solanum lycopersicum

Chịu lạnh

P. putida

T. aestivum

Chịu nhiệt

P. putida

S. bicolor

Chịu nhiệt

Solanum lycopersicum

Chịu lạnh

P.dispersa

T. aestivum

Chịu lạnh


Chịu nhiệt

R. leguminosarum

V. FAba

Kháng mặn

R. leguminosarum

P. sativum

Kháng mặn

SWE (seaweed extract)

A. thaliana

Chịu lạnh

SWE

P. pratensis

Kháng mặn

SWE

A. stolonifera


Z. mays

P. frederiksbergensis

P. vancouverensis

Chống chịu độc KL nặng
Kháng mặn, chịu lạnh

Cân bằng ion
Kháng hạn và cân bằng ion

Chịu lạnh

2. Ứng dụng hoạt chất kích thích sinh học cho nông nghiệp
Theo EBIC, các chất phân hủy sinh học phân biệt chúng với các nguyên liệu
đầu vào truyền thống theo hai cách chính, và do đó bổ sung cho dinh dưỡng cây
trồng và bảo vệ cây trồng:
• Hoạt chất kích thích sinh học hoạt động thông qua các cơ chế khác nhau so
với phân bón, bất kể sự có mặt của các chất dinh dưỡng trong sản phẩm.

4


• Chúng khác với các sản phẩm bảo vệ thực vật vì chúng chỉ hoạt động trên
sức sống của thực vật và không có bất kỳ hành động trực tiếp nào chống lại sâu
bệnh hoặc bệnh tật.
Hơn nữa: " Hoạt chất kích thích sinh học nông nghiệp bao gồm các công
thức đa dạng của các hợp chất, chất và vi sinh vật được áp dụng cho thực vật hoặc

Axit Humic and Fulvic

Phản ứng trong cây
Chống ôxi hóa

Rễ

Ổn định màng tế
bào

Dinh dưỡng
dễ tiêu

Bảo vệ áp suất
thẩm thấu

Nutrient
Chelate
hóa
Availabil
ity
khoáng

Cân bằng ion

Hình 1: Tóm tắt cơ chế chính tác động của axit humic và axit fulvic lên cây trồng
(Van Oosten và ctv, 2017)
Bảng 1: Hiệu quả tăng cường hấp thu dinh dưỡng của axit humic (Halpern và ctv, 2015)

3.2 Chất thủy phân protein và các hợp chất chứa N khác

chúng. Giúp cây chống oxy hóa được ưu tiên bởi các gốc tự do của một số hợp
chất nitrogeous, bao gồm glycine betaine và proline, góp phần vào việc giảm thiểu
tác động của stress môi trường.

Hình 2: Các hoạt chất kích thích sinh học gốc protein thủy phân: phương pháp ứng
dụng và ảnh hưởng lên cây ăn quả (Colla G. và ctv, 2016)

8


Bảng 2: Hiệu quả tăng cường hấp thu dinh dưỡng của axit amin (Halpern và ctv, 2015)

3.3 Chiết xuất rong tảo và thực vật

Rong biển là tảo biển xanh lục, nâu và đỏ.
Các thành phần hóa học của hoạt chất được chiết xuất từ rong biển bao gồm
phức chất polysaccharide (laminarin, alginates, carrageenans và các sản phẩm
phân hủy), axit béo, vitamin, phytohormones, macronutrients, sterol và các hợp
chất chứa N như betaines.
Chất chiết xuất từ rong biển nâu được sử dụng rộng rãi trong các loại cây
trồng chủ yếu cho:
ệu ứng thúc đẩy tăng trưởng thực vật.
ất xua đuổi côn trùng .
ống cây chống chịu stress môi trường như độ mặn, nhiệt độ khắc nghiệt,
thiếu dinh dưỡng và hạn hán (chất chống oxy hóa & chất điều chỉnh của các gen
đáp ứng stress nội sinh).
ất ức chế mầm bệnh trong đất (Jena và ctv, 2017).
Việc sử dụng rong biển tươi làm nguồn chất hữu cơ và phân bón rất lâu trong
nông nghiệp, nhưng tác động sinh học mới chỉ được ghi nhận gần đây. Điều này
thúc đẩy việc sử dụng thương mại chiết xuất rong biển và các hợp chất tinh khiết,

Các hoạt chất từ rong tảo biển đầy đủ tác dụng kích thích tố từ rong biển nâu,
Ascophyllum nodosum, nó được giải phóng ở mức độ lớn bởi sự suy giảm và điều
chỉnh các gen sinh tổng hợp hormone trong các mô thực vật. Tác động chống
stress bởi các chất chống oxy hóa và các chất ức chế của các gen đáp ứng stress
nội sinh có thể tham gia (Calvo và cộng tác viên, 2014).
Bảng 3: Một số sản phẩm thương mại của hoạt chất kích thích sinh học từ
rong tảo biển sử dụng trong nông nghiệp (Wajahatullah Khan và ctv, 2009)
Sản phẩm

Loài

Công ty

Ứng dụng

Acadian®

Ascophyllum nodosum

Acadian Agritech

Kích thích cây trồng

10


Axit Buf

Lithothamnium
calcareum


Green Air Products, Inc.

Kích thích cây trồng

Biovita

Ascophyllum nodosum

PI Industries Ltd

Kích thích cây trồng

Emerald RMA

Red marine algae

Dolphin Sea Vegetable Company

Dược phẩm

Espoma

Ascophyllum nodosum

The Espoma Company

Kích thích cây trồng

FArtum®


Kelpro

Ascophyllum nodosum

Tecniprocesos Biologicos

Kích thích cây trồng

Bio-GenesisTM
High TideTM

Kelprosoil

Ascophyllum nodosum Productos del Pacifico, S.A. deC.V. Kích thích cây trồng

Maxicrop

Ascophyllum nodosum

Nitrozime

Ascophyllum nodosum Hydrodynamics International Inc.

Maxicrop USA, Inc.

Kích thích cây trồng

Profert®


China Ocean University Product
Development Co., Ltd

Kích thích cây trồng
Kích thích cây trồng

Ascophyllum nodosum Technaflora Plant Products, LTD

Kích thích cây trồng

Stimplex®

Ascophyllum nodosum

Acadian Agritech

Kích thích cây trồng

Synergy

Ascophyllum nodosum

Green Air Products, Inc.

Kích thích cây trồng

Tasco®

Ascophyllum nodosum



Tác động chồi
Chống oxi
hóa
Cân bằng áp suất thẩm
thấu

Tác động rễ
Dinh dưỡng dễ
tiêu
Nutrient
Chelate khoáng
Availability
khóang

Hình 4: Tóm tắt cơ chế tác động chính theo mục tiêu của hoạt chất tính sinh học gốc
carbohydrate-, protein-, amino axit-, và lipid-based biostimulants (Van Oosten và ctv, 2017)

3.4 Chitosan và các loại polymer sinh học
• Chitosan là một polyme sinh học, dạng deacetyl hóa của chitin sinh học,
được sản xuất tự nhiên và công nghiệp. Poly và oligomer có kích thước khác nhau
được kiểm soát và sử dụng trong lĩnh vực thực phẩm, mỹ phẩm, y tế và nông
nghiệp.
• Chitosan là chất hoạt tính kích thích sinh học giúp cây trồng:
ảo vệ chống lại mầm gây bệnh,
ống chịu stress phi sinh học (hạn hán, nhiễm mặn, stress lạnh),
ất lượng rau củ quả do nâng cao các chất chuyển hóa chính và
thứ cấp.
ở khí khổng gây ra bởi chitosan thông qua một cơ chế phụ thuộc
ABA (axit abscisic)(Jena và ctv, 2017)

14


Bảng 6: Một số sản phẩm hoạt chất kích thích sinh học thương mại
(Le Mire Géraldine và ctv, 2016)

3.5 Các loại phức chất vô cơ (Inorganic compounds)
Các yếu tố hóa học thúc đẩy việc tăng trưởng thực vật có thể cần thiết cho
một số nhóm thực vật cụ thể nhưng không bắt buộc bởi tất cả các loại thực vật
được gọi là các nguyên tố có lợi (beneficial elements) (Pilon-Smits và cộng tác
viên, 2009). Các nguyên tố chính là Al, Co, Na, Se và Si, có mặt trong đất và thực
vật dưới dạng các muối vô cơ khác nhau hay dạng không hòa tan như silica
(SiO2.nH2O) (Pilon-Smits và ctv, 2009; Jena và ctv, 2017).
Các nguyên tố có lợi giúp:
 Thúc đẩy tăng trưởng thực vật.
 Tăng chất lượng sản phẩm thực vật.
 Khả năng chống chịu stress phi sinh học (làm cứng vách tế bào, điều
hòa áp suất thẩm thấu tế bào, giảm quang hô hấp, giảm tác động của
bức xạ nhiệt, kích hoạt hoạt động của enzyme bởi co-FActor, chống
oxi hóa; tương tác với các nguyên tố dinh dưỡng khác).
 Tác động các vi sinh vật cộng sinh, mầm bệnh cho cây.
 Bảo vệ chống ngộ độc kim loại nặng,….
 Tăng hiệu năng trong quá trình tổng hợp và hoạt động của các
hormone thực vật (Jena và ctv, 2017).
15


Việc xác định các nguyên tố có lợi không bị hạn chế đối với tính chất hóa
học của chúng và đề cập đến các tác động tích cực đến tăng trưởng thực vật và
phản ứng của cây đối với stress môi trường. Có thể giả định rằng hoạt tính sinh

quan hệ cộng sinh giữa nấm và rễ thực vật đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận
chuyển chất dinh dưỡng.Đây là quần thể nấm - thực vật được biết nhiều nhất và
đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của thực vật cũng như nhiều hệ
sinh thái, hơn 90% các loài thực vật có quan hệ với nấm theo hình thức nấm rễ và
phụ thuộc vào mối quan hệ này để tồn tại
Mycorrhiza chia làm hai loại:
• Nấm rễ trong (endomycorrhiza): tức nấm kí sinh đơn bào sống bên trong tế
bào rễ cây). Endomycorrhizal rất đa dạng và đã được phân loại: arbuscular,
ericoid, arbutoid, monotropoid, và orchid mycorrhizae. Trong đó Arbuscule
(những giác mút nhánh phức tạp được hình thành trong tế bào vỏ rễ) hình thành
Mycorrhiza (AMF) là một loại endomycorrhiza phổ biến rộng rãi, viết tắt là AM
hay AMF)

Hình 7: Mô phỏng Mycorhizae – nấm rễ trong (endomycorrhiza)

17


• Nấm rễ ngoài (ectomycorrhiza, viết tắt là ECM): sợi nấm bám dày đặc
xung quanh đầu rễ cây và xâm nhập vào giữa các tế bào rễ cây.

Hình 8: Mô phỏng Mycorhizae – nấm rễ ngoài (ectomycorrhiza)

Giải trình tự gen quần thể VSV (Metagenomics) là một công cụ tốt để theo
dõi và nghiên cứu các quần thể vi sinh vật trong vùng rễ.
Các sản phẩm có hoạt tính sinh học từ nấm được áp dụng cho cây trồng:
ảo vệ thực vật sinh học.
ọc.
ệu quả sử dụng chất dinh dưỡng.
ằng chất điều hòa sinh trưởng thực vật.

được hiểu biết hết (Behie và Bidochka, 2014).
Phản ứng toàn cây

VSV Đất

Chồi
Đóng mở khí
khổng

Chống oxi hóa

Độ đãn thủy lực mô
gỗ

Rễ

Ổn định màng
TB

Hấp thu nước

Cân bằng áp suẩt thẩm
thấu

TH Ethylen và
auxin

Hình 9: Tóm tắt cơ chế tác động chính theo mục tiêu của hoạt chất kích thích sinh
học bởi VSV trong đất (Van Oosten và ctv, 2017)


20


Hình 10: Cảm ứng hình thành rễ trên cây cỏ Brachypodium distachyon (line Bd21)
bởi các hoạt chất sản sinh từ dòng vi khuẩn vùng rễ kích thích sinh trưởng thực vật (PGPR
- plant growth promoting rhizobacteria) Bacillus pumilus Dòng C26
(Delaplace và cộng tác viên, 2015).
Bảng 7: Hiệu quả tăng cường hấp thu dinh dưỡng của PGPR (Halpern và ctv, 2015)

21


Bảng 8: Một số sản phẩm thương mại chứa Vi khuẩn vùng rễ kích thích phát triển
thực vật (PGPR) ở Châu Âu, Mỹ và Châu Á (Le Mire Géraldine và ctv, 2016).

4. Xu hướng ứng dụng và thị trường hoạt chất kích thích sinh học
Trên thế giới đang quan tâm đến các hoạt chất kích thích sinh học cho cây
trồng từ các chất đa dạng và vi sinh vật được sử dụng để tăng cường tăng trưởng
thực vật.
Quy mô thị trường hoạt chất kích thích sinh học toàn cầu ước tính đạt 1,74 tỷ
USD trong năm 2016, dự kiến sẽ tăng trưởng với tốc độ CAGR 10,2% từ năm
2017 đến năm 2025, ước tính đạt 4,14 tỷ USD trước năm 2025. Xu hướng canh
tác tăng năng suất cây trồng, cùng với suy thoái đất nhanh chóng có khả năng dẫn
dắt thị trường trong giai đoạn dự báo.
22


Hình 11: Thị trường các sản phẩm hoạt chất kích thích sinh học cho cây trồng 2016-2021

Thị trường Mỹ Latinh phát triển nhanh hơn bất kỳ khu vực nào khác do khí